李 冰 張賽橋

(1.南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院),210003,南京;2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

基于BPMN (業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)注)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)新型綜合監(jiān)控聯(lián)動(dòng)模型的探討

李 冰1,2張賽橋1,2

(1.南瑞集團(tuán)公司(國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院),210003,南京;2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司,210061,南京∥第一作者,工程師)

傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式已無(wú)法滿足地鐵運(yùn)營(yíng)的需求。提出了一種基于BPMN (業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)注) 2.0標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)方案,通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)活動(dòng)、網(wǎng)關(guān)及事件等抽象組件的建模,運(yùn)用狀態(tài)機(jī)方式靈活組態(tài)執(zhí)行流程來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)功能。該方案可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)建模的復(fù)用性,提高自動(dòng)化建模的程度,并解決了傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式無(wú)法描述及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯的應(yīng)用場(chǎng)景的問(wèn)題,增加了地鐵運(yùn)營(yíng)的可靠性及安全性。

綜合監(jiān)控系統(tǒng); 聯(lián)動(dòng)功能; 業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)注; 狀態(tài)機(jī); 網(wǎng)關(guān); 觸發(fā)事件

First-author′s address NARI Group Corporation (State Grid Electic Power Research Institute),210003,Nanjing,China

近年來(lái),綜合監(jiān)控系統(tǒng)朝著越來(lái)越集約化及結(jié)構(gòu)復(fù)雜化方向發(fā)展,組織各子系統(tǒng)協(xié)同操作的聯(lián)動(dòng)功能顯得越來(lái)越突出,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。傳統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能基于綜合監(jiān)控系統(tǒng),其所有的觸發(fā)條件來(lái)源于狀態(tài)點(diǎn)的變位。根據(jù)運(yùn)營(yíng)需求,通過(guò)時(shí)刻表來(lái)觸發(fā)等功能很難實(shí)現(xiàn);而且目前的方案都是由不同的廠商采用不同的軟件定制化實(shí)現(xiàn),如工程不同則不能復(fù)用,可移植性很差。而地鐵均希望采用同一標(biāo)準(zhǔn),即使是不同的廠家,其聯(lián)動(dòng)功能協(xié)議也能統(tǒng)一,以期為后期的軌道交通網(wǎng)狀統(tǒng)一調(diào)度實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持及可能。本文提出一種基于工作流設(shè)計(jì),采用BPMN (業(yè)務(wù)流程建模與標(biāo)注)標(biāo)準(zhǔn),抽象化所有聯(lián)動(dòng)相關(guān)業(yè)務(wù),完全構(gòu)造化建模,通過(guò)后期配置屬性,完成定制化的方案。應(yīng)用此方案,可大大提高復(fù)用性,降低設(shè)計(jì)及施工成本。

工作流是部分或者全部可以計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)流程。工作流過(guò)程模型是可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)流程模型,能跨越業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)鴻溝,便于分析,并由IT(信息技術(shù))人員和流程管理人員共同設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和監(jiān)管業(yè)務(wù)流程。

使用BPMN建模語(yǔ)言可描述基本的BPMN符號(hào)(即圖元),還可用圖元組合成業(yè)務(wù)流程圖(Business Process Diagram)。

1 聯(lián)動(dòng)功能的設(shè)計(jì)方案

1.1 聯(lián)動(dòng)功能的框架結(jié)構(gòu)

SCADA (數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))平臺(tái)是基于C++語(yǔ)言平臺(tái)的。BPMN開(kāi)源的協(xié)議及框架是基于java語(yǔ)言的,可生成xml(可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)文件。目前采用上層自己實(shí)現(xiàn)C++代碼的模版設(shè)計(jì),然后歸一化為標(biāo)準(zhǔn)的xml文件,并根據(jù)特殊的屬性需求,擴(kuò)展xml文件來(lái)實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)。

此聯(lián)動(dòng)的框架支持復(fù)雜流程,還可通過(guò)有向圖的方式,讓用戶根據(jù)需求靈活組態(tài)。

BPMN標(biāo)準(zhǔn)的流對(duì)象包括事件、業(yè)務(wù)活動(dòng)及網(wǎng)關(guān)。其中,事件決定了聯(lián)動(dòng)的觸發(fā)及結(jié)束;業(yè)務(wù)活動(dòng)為具體SCADA操作,一系列業(yè)務(wù)活動(dòng)組成聯(lián)動(dòng);網(wǎng)關(guān)為聯(lián)動(dòng)的業(yè)務(wù)邏輯和控制流程,即業(yè)務(wù)鎖。

1.2 流對(duì)象的介紹

1.2.1 事件

BPMN2.0提供3種通用事件,相應(yīng)的符號(hào)見(jiàn)圖1。

圖1 通用事件符號(hào)

根據(jù)軌道交通應(yīng)用需求,總結(jié)出5類軌道交通基本事件功能表

表1 軌道交通基本事件類型及功能表

(1) 消息事件:可來(lái)源于腳本,也可來(lái)源于具體服務(wù)。由于聯(lián)動(dòng)服務(wù)采用訂閱方式,故可通過(guò)定義具體的消息通道及消息類型觸發(fā)相應(yīng)聯(lián)動(dòng)。此類事件模式靈活方便,是由具體服務(wù)或者操作員打開(kāi)某聯(lián)動(dòng)的開(kāi)關(guān)。

(2) 定時(shí)事件:傳統(tǒng)的軌道交通運(yùn)營(yíng)按照周末及非周末采用不同的列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表。列車(chē)要按照時(shí)刻表運(yùn)行,需觸發(fā)一系列聯(lián)動(dòng)(諸如打開(kāi)風(fēng)機(jī)及扶梯等)。目前觸發(fā)聯(lián)動(dòng)都是采用時(shí)間表定時(shí)的方式,工程量大,且與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系不大,實(shí)時(shí)控制效果差。采用定時(shí)事件可靈活配置觸發(fā)聯(lián)動(dòng)的條件。(具體配置界面見(jiàn)圖2)

(3) 條件觸發(fā):條件觸發(fā)基于某些點(diǎn)的變位,與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控觸發(fā)模式相同。傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)采用狀態(tài)點(diǎn)變位觸發(fā)聯(lián)動(dòng),通過(guò)采集1個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)接口的觸發(fā)點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算,當(dāng)滿足預(yù)定義的邏輯公式時(shí)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)。

(4) 多條件觸發(fā):通過(guò)對(duì)以上3種方式采用“與”或者“或”等方式的有機(jī)組合,集成多種可能的觸發(fā)。

圖2 定時(shí)事件屬性配置菜單

1.2.2 業(yè)務(wù)活動(dòng)

業(yè)務(wù)活動(dòng)主要分為任務(wù)和過(guò)程(見(jiàn)表2)。任務(wù)為具體業(yè)務(wù)活動(dòng),主要有表2描述的4類。過(guò)程是一系列任務(wù)集合的模板化輸出。

表2 業(yè)務(wù)活動(dòng)內(nèi)容表

(1) User Task:即人機(jī)交互界面,接受用戶指令業(yè)務(wù);通過(guò)比較當(dāng)前用戶及操作用戶的權(quán)限,選擇執(zhí)行通道及任務(wù)。

(2) Send Task:是主要的業(yè)務(wù)類型,也是聯(lián)動(dòng)的核心任務(wù),集成了各種SCADA操作。目前,對(duì)用戶開(kāi)放所有子系統(tǒng)的控制動(dòng)作(如PSCADA (電力監(jiān)控系統(tǒng))和BAS (環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))的遙控及遙調(diào);PA (廣播)系統(tǒng)和PIS (乘客信息系統(tǒng))的廣播、乘客信息的發(fā)布等),使用戶可根據(jù)其需求選擇相應(yīng)業(yè)務(wù)來(lái)配置聯(lián)動(dòng)。

(3) Receive Task:為接受消息任務(wù)。通過(guò)交互式訂閱及發(fā)布方式來(lái)接受消息。所接收的消息來(lái)源不唯一,可以來(lái)自具體服務(wù),也可以由指定操作員發(fā)起。

(4) Script Task:通過(guò)運(yùn)行腳本其模塊化獨(dú)立性強(qiáng),目前支持python、lua及shell等語(yǔ)言。

(5) Subprocess:即過(guò)程。用戶可以把重復(fù)度高的流程派生成模板,下次時(shí)直接調(diào)用操作即可。例如,軌道交通常用的各站早間送電聯(lián)動(dòng),由于各站的控制流程及業(yè)務(wù)邏輯均一樣,只是Send Task控制的開(kāi)關(guān)各站不同,此時(shí),可通過(guò)組態(tài)模板Subprocess,即可在每站復(fù)現(xiàn),有效地實(shí)現(xiàn)了模型的復(fù)用。

1.2.3 網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)用于控制流程的分支和聚合,其具體符號(hào)表示如圖3所示。通過(guò)網(wǎng)關(guān)可以改變聯(lián)動(dòng)有向圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),達(dá)到實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)的差異化及多樣性。網(wǎng)關(guān)的類型和功能見(jiàn)表3。

圖3 網(wǎng)關(guān)模型符號(hào)示意圖

網(wǎng)關(guān)類型功能Exclusive跳轉(zhuǎn)Parallel并行區(qū)

1.3 狀態(tài)機(jī)的組態(tài)

聯(lián)動(dòng)從開(kāi)始到消亡都伴隨著實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。此狀態(tài)信息由狀態(tài)機(jī)來(lái)維持。狀態(tài)機(jī)從uml流程圖(即前文討論的,通過(guò)事件、業(yè)務(wù)活動(dòng)及網(wǎng)關(guān)組態(tài)以表示聯(lián)動(dòng)的有向圖)生成的xml文件(支持jBPM4 xml文件),或數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取狀態(tài)轉(zhuǎn)換信息,維護(hù)聯(lián)動(dòng)。狀態(tài)機(jī)維護(hù)聯(lián)動(dòng)的工作流程見(jiàn)圖4。

圖4 聯(lián)動(dòng)引擎工作流程示意圖

狀態(tài)機(jī)表示著聯(lián)動(dòng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)。這是此設(shè)計(jì)方案的核心指標(biāo)之一。聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)好后,可保存成xml格式。xml的展開(kāi)可通過(guò)通用的JBPM4 格式的xml來(lái)擴(kuò)展SCADA業(yè)務(wù)特有的需求。

2 聯(lián)動(dòng)組態(tài)流程

2.1 傳統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

由于傳統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能在電力順控的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。所以,不管是控制方式,還是操作流程,傳統(tǒng)業(yè)務(wù)界面都延續(xù)了電力順控的模式,采用程控卡片方式。這種方式雖專業(yè)性強(qiáng),但可移植性差,其應(yīng)用模型也相對(duì)單一。但是面對(duì)聯(lián)動(dòng)日益復(fù)雜的需求,傳統(tǒng)方式的不足和局限性越來(lái)越明顯。聯(lián)動(dòng)組態(tài)作為聯(lián)動(dòng)的新方式即應(yīng)運(yùn)而生。

2.2 聯(lián)動(dòng)組態(tài)過(guò)程

某軌道交通系統(tǒng)早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景見(jiàn)表4。聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景為早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng),由環(huán)境控制調(diào)度員發(fā)起;聯(lián)動(dòng)觸發(fā)條件采用定時(shí)事件觸發(fā);聯(lián)動(dòng)類型為自動(dòng)觸發(fā)。

表4 某軌道交通系統(tǒng)早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng)步驟及內(nèi)容

根據(jù)表4即可通過(guò)設(shè)計(jì)工具、應(yīng)用事件、業(yè)務(wù)活動(dòng)及網(wǎng)關(guān)組態(tài)出滿足用戶需求的聯(lián)動(dòng)方案。

2.3 聯(lián)動(dòng)組態(tài)具體方案

圖5即為早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng)的組態(tài)方案。定時(shí)事件表示早間開(kāi)站觸發(fā)的方式,是事件輸入。當(dāng)滿足設(shè)定時(shí)間時(shí)此聯(lián)動(dòng)觸發(fā)。腳本任務(wù)模塊聯(lián)動(dòng)是由環(huán)境控制調(diào)度員發(fā)起的,而開(kāi)站時(shí)涉及的接觸網(wǎng)送電等操作應(yīng)由電力控制調(diào)度員完成。因此,電力控制調(diào)度員的操作一般都是在環(huán)境控制早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng)之前完成。腳本任務(wù)就是完成于電力控制調(diào)度員的交互,且確認(rèn)送點(diǎn)操作已完成。并行區(qū)并聯(lián)了CCTV (閉路電視)云臺(tái)輪詢、開(kāi)站廣播及開(kāi)站PIS發(fā)布等功能,完成預(yù)設(shè)定的邏輯。最后,每個(gè)操作模塊均串接1個(gè)結(jié)束事件以表示結(jié)束。只有當(dāng)所有的結(jié)束事件都完成時(shí)此聯(lián)動(dòng)才結(jié)束。

圖5 早間開(kāi)站聯(lián)動(dòng)組態(tài)方案

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái),綜合監(jiān)控系統(tǒng)不斷朝著集約化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的方向發(fā)展。于是,組織各子系統(tǒng)協(xié)同操作的聯(lián)動(dòng)功能越來(lái)越突出,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本

文介紹的聯(lián)動(dòng)組態(tài)方案不僅解決了地鐵工程實(shí)施中聯(lián)動(dòng)定制的方式,還解決了不同工程的復(fù)用要求,而且,通過(guò)組態(tài)描述還能完成閉環(huán)及反饋等原先無(wú)法描述及實(shí)現(xiàn)的聯(lián)動(dòng)功能。目前,應(yīng)用此方案的聯(lián)動(dòng)模塊已經(jīng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行在南京地鐵3號(hào)線上。此方案的實(shí)施,可大大提高綜合監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力,并有效提升軌道交通運(yùn)營(yíng)整體水平。

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Establishment of New ISCS Linkage Function Model Based on BPMN Language Standard

LI Bing, ZHANG Saiqiao

The traditional ISCS linkage method can not satisfy the demands of rail transit operation.A new linkage design method based on BPMN (business process modeling & note) 2.0 standard is proposed,which could achieve complex functions of linkage through the modeling of abstract components,such as business activities,gateway and trigger events,and carry out flexible configuration process by using the state machine.The application of this program could realized the reusability linkage modeling,greatly improve the automatic modeling degree,and solve scenarios of complex logic problems that the traditional linkage can not describe and apply,thus increase the reliability and safety of metro operation.

ISCS (integrated supervisory control system); linkage function; BPMN (business process modeling & note); state machine; gateway; trigger event

U 284.48

10.16037/j.1007-869x.2016.12.007

2015-11-04)